Determinar con mayor precisión las propiedades de los materiales mesoporosos

"Casamos el desorden con el orden"

19.03.2021 - Alemania

Todos nos hemos topado alguna vez con ellas: esas bolsitas de bolitas que vienen empaquetadas con los zapatos nuevos o los artículos eléctricos. Las bolas están ahí para absorber la humedad y proteger los artículos de los daños. "Estos materiales actúan como una esponja", explica el físico Rustem Valiullin, de la Universidad de Leipzig.

Él y su grupo de investigación han encontrado una forma de determinar con mayor precisión las propiedades de estos materiales, ya que pueden tener más en cuenta el desorden subyacente. Su artículo ha sido designado "ACS Editors' Choice" por los editores de las revistas de la American Chemical Society, que reconocen la "importancia para la comunidad científica mundial" del trabajo de los investigadores de Leipzig y lo consideran un avance en la descripción precisa de los fenómenos de transición de fase en materiales porosos desordenados.

En los materiales mesoporosos, las aberturas de los poros son mucho más pequeñas que en una esponja normal: sus diámetros oscilan entre 2 y 50 nanómetros y son invisibles a simple vista. Sin embargo, tienen una serie de propiedades interesantes, entre ellas la de separar sustancias. Esto ocurre, por ejemplo, en función de la molécula y del tamaño de los poros.

Hasta ahora, los experimentos científicos sólo han podido aproximarse a las propiedades deseadas de estos materiales. "Así que se trata más bien de experimentar si se puede determinar qué estructuras se pueden utilizar para qué aplicaciones", dice el físico. El problema es que estos materiales son en su mayoría desordenados, lo que significa que los poros de diferentes tamaños del material forman una compleja estructura de red.

Los investigadores de la Universidad de Leipzig desarrollaron un modelo que determina las características que pueden observarse en esas complejas redes de poros. El profesor Valiullin describe el método de la siguiente manera: "Podemos describir estadísticamente cómo los poros individuales de estas redes están acoplados entre sí. Unimos el desorden con el orden". Esto permite determinar los fenómenos físicos que hay que entender en las transiciones de fase gas-líquido y sólido-líquido, por ejemplo. Y no sólo en teoría: mediante una modelización especial de los mesoporos, se ha podido demostrar, con ayuda de modernos métodos de resonancia magnética nuclear, que los resultados teóricos también pueden aplicarse directamente en la práctica.

Esto debería facilitar el uso de estos materiales en el futuro, por ejemplo para ayudar a liberar fármacos en el cuerpo humano durante un periodo prolongado, precisamente cuando sea necesario y deseado. Otras posibles aplicaciones de estos materiales son la tecnología de sensores o el almacenamiento y la conversión de energía.

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Publicación original

Henry R. N. B. Enninful et al.; "Impact of Geometrical Disorder on Phase Equilibria of Fluids and Solids Confined in Mesoporous Materials"; Langmuir; 2021

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Henry R. N. B. Enninful et al.; "Impact of Geometrical Disorder on Phase Equilibria of Fluids and Solids Confined in Mesoporous Materials"; Langmuir; 2021

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